研究简报 | 使用MS/MS模式的ICP-QQQ-MS实现铀236同位素分析

使用MS/MS模式的ICP-QQQ-MS实现铀236同位素分析：通过测定 UO2+ 子离子减少铀氢化物离子干扰

莱伯泰科 质谱研发部

王娟 胡克

前言

铀 236 是一种可长期存在的放射性同位素，主要由天然存在的痕量同位素 235U (丰度 0.72%)通过热中子俘获形成。236U 也可能在铀浓缩过程中产生， 是核反应堆中浓缩铀燃料消耗时产生的废弃物。236U/238U 同位素比可用作追踪浓缩铀燃料、乏核燃料和核废料的意外泄漏，并考察核技术对环境 及人类健康影响的一种灵敏的方法。因此，仪器设备在准确分析234/235/238以及其他地球化学沉积元素的同时，能够实现快速对10^-10水平的 236U/238U 同位素比进行分析。

1.研究的问题

当前ICP-Single Quad-MS 单四极杆质谱通常被广泛用于地球化学沉积物中多元素分析，但分析236U的主要难题在于无法去除氢化物离子 235UH+  对 236U+ 的干扰，以及 235U+ 和 238U+ 峰拖尾对 m/z 236 处的影响，特别是某些经过浓缩的样品基体中往往有高含量的235U会进一步加大上述 质谱干扰。

2.单四极杆质谱难以解决的干扰

对于氢化物离子 235UH+ 对 236U+ 的干扰，可以通过使用O2反应池，将U+ 转化为UOO+来分析测定。ICP-Triple Quad- MS 三重四极杆质谱，在反 应池前的第一组四极杆（Q1）控制某一个质量数的离子进入四极杆，从而实现同位素子离子间不会产生叠加。而单四级杆质谱无法在O2反应 池模式下区分235U16O17O+ 和236U16O16O+。

3.干扰来源原因解析

对于峰拖尾，单四极杆质谱的丰度灵敏度通常在10^-6到10^-7 ，高基体元素带来的高强度峰拖尾将对相邻两侧峰产生重叠信号。而三重四极杆质谱 ICP-QQQ-MS可，使用了两个分辨率<1amu的四极杆质量分析器（Q1和Q3），通过二次筛选有效提高丰度灵敏度，MS/MS模式的丰度灵敏度= Q1的丰度灵敏度* Q3的丰度灵敏度=10-¹²到10^-14。高高度峰拖尾对相邻质量数的贡献可以得到有效缓解。

4.采用三重四极杆质谱通过测定 UO2+ 子离子减少铀氢化物离子干扰

采用LabTech 5000 ICP-QQQ-MS 分析238U溶液，通过O2反应池的MS/MS模式，提高了丰度灵敏度解决峰拖尾，将U+转化为UOO+处测定从而去除 UH+的质谱干扰。（ 235U/238U 的丰度比值为 7 ×10^-3，以238UH+对239M+的贡献为测试实例，说明ICP-QQQ-MS 去除 235UH 对 236U 的干扰的 方法，从而实现对10^-10的 236U/238U 的测定。）

通过MS/MS模式 = (238→238)、(238→254) 和 (238 →270)  的三个质量对来测定 238U+、238U16O+ 和 238U16O16O+  的信号，如图所示：

5.采用三重四极杆质谱实现铀236同位素分析

在形成UOO+最佳的 O2 反应池条件，采用MS/MS模式， 引入100ppb 238U 溶液，同时考察238UH+/238U+、238UOH+/238UO+ 和 238UO2H+/  238UO2+ ，如图所示：

结论

结果表明， LabTech 5000 ICP-QQQ-MS在 MS/MS 模式下以 O2 作为反应池气体运行，可成功减少 235UH+ 对 236U+ 的干扰，从而实现236U/238U 的测 定，适用于 236U/238U 的对10^-10同位素比快速痕量分析，是能够实现234U/235U/236U/238U同位素比值的快速痕量分析的可靠手段。5000 ICP-QQQMS 还可以搭配膜去溶装置，从而分析236U丰度更低的样品中的236U/238U。

LabMS 5000 电感耦合等离子体串联质谱仪（ICP-MS/MS)

l精准：MS/MS模式实现受控且可靠的干扰去除，精准去除质量干扰离子，从而获得更低的检测限和准确的超痕量分析结果。

l稳定：采用工业标准27MHz 固态发生器，具有极高的系统稳定性；优异离子传输系统设计即使在MS/MS模式下也具有检测稳定性。

l可靠：通过 SEMI S2 认证，多达十重安全防护配置，带来全面可靠的安全防护，保证仪器长时间安全可靠运行。

l强劲：全基体进样系统结合接口设计及加强离子传输系统，带来强大的基体耐受性，即使高基体直接进样也可有效降低信号漂移。

l易用：HiMass智能工作站，一键式，向导式、模块化设计，界面简洁直观，易学易用，极大提高工作效率。